专利名称：一种利用包装废弃聚合物的复合改性沥青及其制备方法
技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种改性沥青材料，具体涉及一种利用包装废弃聚合物进行复合改性的沥青，本发明还涉及该复合改性沥青的制备方法。
背景技术：
现代公路路面采用沥青作为结合料，提高了混合料的强度和稳定性，增强了矿料间的粘结力，使路面的使用质量和耐久性都得到了提高。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨性好、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因而将随着现代交通的发展获得越来越广泛的应用。但随着高等级公路交通量增大、车速高、轴载日趋重型化以及国产普通沥青含蜡量高、粘结力差、延伸度低、温度敏感性大等性能缺点，导致高等级公路路面形成各种严重的病害。
首先是高温车辙及变形问题。在高温地区、大型车辆以及超载、重载路段，车辙已成为沥青路面潜在的最严重的破坏形式之一。
其次，沥青路面水损害破坏严重。所谓沥青路面水损害破坏，是沥青路面在油水分的条件下，经受交通载荷和温度胀缩的反复作用，一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青层渐渐地从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生的路面破坏过程。由于这种破坏作用的存在，导致在春融、梅雨季节及雨季，好端端的路面逐渐出现麻面、松散、掉粒乃至坑槽，此种情况已经在许多公路以及某些高速公路上出现。
再次，寒冷地区沥青路面温缩裂缝普遍存在。在冬季气温骤降时，沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力的增长，同时劲度急剧增大，超过混合料的极限强度或极限拉伸应变，便会产生开裂。
最后是高速公路的表面功能，尤其是抗湿滑性能不足，恶性交通事故时有发生。现今公众对道路交通安全和舒适性的期望越来越高，路面必须具有良好的抗滑性，并且在潮湿状态下没有水雾，没有眩光，噪声小。
因此，研究提高沥青混凝土路面使用性能的关键技术，即改性沥青技术，已成为公路建设的重要课题。
很久以前人们就开始在沥青中添加硫磺、橡胶以改善其性能。已经公开的与本申请相关的文献如下1.英国专利GB2087921中是利用废弃塑料如PE、PVC、PS、PA或PC，在无氧条件下，经过400℃-800℃的干燥蒸馏提取出高温分解油加入到沥青块中，降低沥青突变温度、降低沥青的氧化性、弹性、展延性等性能。
2.德国专利DE4329459公开了利用沥青加热溶解废塑料制成沥青改性剂。主要用被裁切的塑料废料直接加入沥青混合器，混合过程准备的塑料废料尺寸范围大约在10---60mm、在混合过程中加热温度为170-180℃、塑料废料重量份额在10-30％。
3.中国专利公开号CN1164548(专利号97104353.1，申请日1997年5月28日)公开了一种利用废塑料制成沥青防水卷材、涂料、油膏的技术；主要是用废品回收站或垃圾站的废塑料特别是废塑料膜袋，先与溶解组分合成改性组分，再与沥青基料合成改性沥青基料，后与相应辅料分别制成改性沥青防水卷材、涂料、油膏。
现有对改性沥青的研究，大多都是利用工业聚合物作为改性剂，其生产成本较高；同是，在改性的过程中，都是利用一种聚合物对沥青进行直接改性，对沥青性能全面改善效果不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用包装废弃聚合物的复合改性沥青，解决了现有单一改性沥青不能使沥青性能得到全面改善的缺陷。
本发明的另一目的是提供上述复合改性沥青的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，利用包装废弃聚合物的复合改性沥青，按质量百分比，其组成为废弃包装聚合物EVA 3％～6％、废轮胎粉5％～15％和基质沥青79％～91％。
本发明所采用的另一技术方案是，上述复合改性沥青的制备方法，按以下步骤进行，a.将质量百分比79％～91％的基质沥青加热使之熔化，保持温度为150～200℃，按质量百分比加入3％～6％的废弃包装聚合物EVA和5％～15％的废轮胎粉，人工搅拌20～40min，剪切机搅拌80～100min，降温至100～150℃，放置20～50min，使其充分溶胀；b.将上步得到的沥青混合料在剪切机上再次进行剪切80～100min，直至废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉均匀分散于沥青中，即得。
本发明利用回收的包装废弃聚合物(主要成分为树脂类EVA)以及废轮胎粉(橡胶类)两种不同种类的聚合物作为改性，结合各自改性剂的特点，采用复合改性的技术方法，通过“二步法”的改性工艺，对基质沥青进行改性，在降低改性成本的同时，提高了沥青的综合性能，缓解了“白色污染”问题。
图1是本发明的复合改性沥青与未改性沥青软化点变化对比图；图2是本发明的复合改性沥青与未改性沥青针入度变化对比图；图3是本发明的复合改性沥青与未改性沥青5℃延度变化对比图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。
目前，最常见的沥青改性剂分为橡胶类、橡胶塑料类、树脂类等三大类。因为聚合物自身特性及其对沥青的改性机理不同，其对沥青的改性效果也有较大区别橡胶类改性沥青具有优良的抗变形能力、抗低温开裂性能和良好的粘附力；树脂类改性沥青具有良好的高温性能及抗冲击能力。
本发明的复合改性沥青，采用废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉两种不同种类的聚合物作为改性，按质量百分比，其组成为废弃包装聚合物EVA3％～6％、废轮胎粉5％～15％和基质沥青79％～91％。
该复合改性沥青可由以下本发明提供的方法来制备a.将质量百分比79％～91％的基质沥青加热使之熔化，保持温度为150～200℃，按质量百分比加入3％～6％的废弃包装聚合物EVA和5％～15％的废轮胎粉，人工搅拌20～40min，剪切机搅拌80～100min，降温至100～150℃，放置20～50min，使其充分溶胀；b.将上步得到的沥青混合料在剪切机上再次进行剪切80～100min，直至废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉均匀分散于沥青中，即得。
实施例1取质量百分比79％的基质沥青加热熔化，保持温度在180℃，按质量百分比加入6％的废弃包装聚合物EVA和15％的废轮胎粉，人工搅拌20min，剪切机搅拌100min，降温至100℃，放置20min，使其充分溶胀；将混合料在剪切机上再次进行剪切100min，直至废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉均匀分散于沥青中，即得。
实施例2取质量百分比91％的基质沥青加热熔化，保持温度在150℃，按质量百分比加入3％的废弃包装聚合物EVA和6％的废轮胎粉，人工搅拌40min，剪切机搅拌80min，降温至150℃，放置50min，使其充分溶胀；将混合料在剪切机上再次进行剪切80min，直至废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉均匀分散于沥青中，即得。
实施例3取质量百分比90％的基质沥青加热熔化，保持温度在200℃，按质量百分比加入5％的废弃包装聚合物EVA和5％的废轮胎粉，人工搅拌30min，剪切机搅拌90min，降温至150℃，放置30min，使其充分溶胀；将混合料在剪切机上再次进行剪切90min，直至废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉均匀分散于沥青中，即得。
以下提供一实验来说明本发明的效果。
取纯净、无风化、无有害杂质，具有良好碎片形状的基质沥青。本实验选用克拉玛依100#，其25℃针入度为42(/1/10mm)、25℃延度为112(cm)、软化点为54℃；用于改性沥青的包装废聚合物应洁净、干燥，其质量应符合规定的技术要求，本实验采用回收的包装废弃西服包装袋(主要成分为乙烯-醋酸乙烯酯-EVA)，其纯度为95％、VA含量为2％、熔点为107℃；废轮胎粉要求其细度范围为300～600μm。
以下是采用单一的包装废EVA、单一废轮胎粉以及采用本发明技术方案的复合改性沥青实施例的实验结果，具体的混合配比如表1所示表1实验所用改性体系的配比
改性沥青的针入度按GB/T0604-2000进行测试；软化点按GB/T0606-2000进行测试；延度按GB/T0605-1993进行测试。具体实验结果如下图1为沥青改性前后软化点的变化图，可以看出，1#-6#改性沥青的软化点分别为54℃，63.7℃，65.4℃，70.1℃，73.3℃和76.9℃。也就是说，复合改性后，沥青的软化点明显提高，其高温性能得到明显改善。
由图2可以看出，改性后沥青的针入度均比改性前的要低，其中2#改性沥青的针入度最低，为18.1(0.1mm)，6#最高，为36.2(0.1mm)，但是相对于1#未改性沥青来说，其针入度都有所降低，表明复合改性后沥青混合料抗变形能力得到了提高。
图3为改性前后沥青延伸度变化图，结果表明，改性后，沥青的5℃延度得到了明显的提高，也就是说复合改性改善了基质沥青的低温抗开裂性能。
表中也可以看出废轮胎粉含量对提高沥青低温延度作用较为明显，这是因为废轮胎粉(硫化橡胶)的分子交联结构在沥青轻组分的作用下，发生溶胀形成的“海岛”分散结构，能更好的在其周围引发大量细纹或剪切带，这些细纹或剪切带的发展将终止于另一颗粒，产生应力剪切作用，并通过粘弹性流动和塑性流动而消耗应变能，从而提高改性沥青体系粘弹性和塑性，改善低温抗变形能力。与此同时，由于包装废EVA、废轮胎粉改性剂微小颗粒的存在，当裂缝接近这些不能穿越的聚合物粒子时，它会在进一步传播之前发生弯折，通过弯折，缝端部被聚合物粒子及矿料粒子时，它会在进一步传播之前发生弯折，通过弯折，缝端部被加长，会使银纹支化，这些过程的协调作用，大大延缓了材料的破坏过程，明显提高沥青的抗变形能力。
结论1、包装废EVA、废轮胎粉复合改性后，基质沥青的高、低温性能都得到了不同程度的改善，抗变形能力得到提高。
2、包装废EVA含量对改性沥青高温的影响较大，而废轮胎粉成分能明显改善改性沥青的低温抗开裂性能。综合来讲，3#复合改性沥青结合了两种改性剂的性能特点，其综合性能最好。
综上所述，3#复合改性沥青的综合性能最优，其高低温性能以及抗变性能力都得到了明显改善，从而表明，利用本发明技术，以回收的包装废弃聚合物EVA、废轮胎粉作为改性剂，采用复合改性的技术方法，能够明显提高基质沥青的高低温性能，特别是抗变型能力，大大提高沥青路面抗车辙能力，改性成本低，并缓解了包装废弃聚合物形成的“白色污染”问题。
权利要求
1.一种利用包装废弃聚合物的复合改性沥青，按质量百分比，其组成为废弃包装聚合物EVA 3％～6％、废轮胎粉5％～15％和基质沥青79％～91％。
2.一种权利要求1所述复合改性沥青的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行，a.将质量百分比79％～91％的基质沥青加热使之熔化，保持温度为150～200℃，按质量百分比加入3％～6％的废弃包装聚合物EVA和5％～15％的废轮胎粉，人工搅拌20～40min，剪切机搅拌80～100min，降温至100～150℃，放置20～50min，使其充分溶胀；b.将上步得到的沥青混合料在剪切机上再次进行剪切80～100min，直至废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉均匀分散于沥青中，即得。
全文摘要
本发明公开的一种利用包装废弃聚合物的复合改性沥青，按质量百分比其组成为废弃包装聚合物EVA 3％～6％、废轮胎粉5％～15％和基质沥青79％～91％。首先使基质沥青加热熔化，然后加入废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉，搅拌、放置，使其充分溶胀后，在剪切机上再次进行高速剪切，直至废弃包装聚合物EVA和废轮胎粉均匀分散于沥青中，即制得。本发明采用复合改性的技术，通过“二步法”的改性工艺，对基质沥青进行改性，在降低改性成本的同时，提高了沥青的综合性能，又缓解了白色污染问题。
文档编号C08L21/00GK101045821SQ20071001776
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月29日 优先权日2007年4月29日
发明者方长青, 骆光林, 周世生 申请人:西安理工大学